【正文】 ted. The results showed that the system can not only realize the different ratio control, but also enable the main and sub momentum to have strong noiseimmune dynamic ability. It has certain practical application value. Keywords: Ratio control。 根據(jù)系統(tǒng)的工藝要求及實(shí)際需要，提出了流量比值控制的設(shè)計(jì)方案及硬件實(shí)施，著重說(shuō)明了工控組態(tài)軟件在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)流量比值控制系統(tǒng)的應(yīng)用。 I 安 慶 師 范 學(xué) 院 設(shè)計(jì)課題 《 基于流量比值智能儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 物理與電氣工程學(xué)院 20xx 年 6 月 12 日 II 摘 要 本文首先分析了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中比值控制的意義和重要性 ,然后提出了流量比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案并在引入 MCGS 組態(tài)軟件輔助控制的基礎(chǔ)上加以研制 ,最 后闡述了該系統(tǒng)調(diào)試的原理與步驟。 利用 AI808 智能儀表對(duì)鍋爐的液位 進(jìn)水流量進(jìn)行比值控制 , 以組態(tài)軟件 MCGS 實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)組態(tài) 、 監(jiān)控 。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)按不同比值關(guān)系進(jìn)行控制，且使主、從動(dòng)量均有較強(qiáng)的抗擾動(dòng)能力，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 MCGS configuration software。 I Abstract ......... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。如在制藥過(guò)程中，為了增加藥效，需要對(duì)其中成分 藥物加入注入劑，生產(chǎn)工藝要求藥物和注入劑混合后的含量必須符合要求的比例，否則會(huì)使藥效降低而達(dá)不到要求。 在過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置上利用 AI 調(diào)節(jié)器和 PC 機(jī)構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能配合教學(xué)，完成各種較為復(fù)雜的控制實(shí)驗(yàn)。 智能儀表的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 智能儀表的研究現(xiàn)狀 智能儀器的出現(xiàn)， 很大的 擴(kuò)充了傳統(tǒng)儀器的應(yīng)用 領(lǐng)域 。 智能儀器的發(fā)展概況 80 年代以后，微處理器被用到儀器中，儀器前面板開(kāi)始朝鍵盤(pán)化方向發(fā)展，測(cè)量系統(tǒng)常通過(guò) IEEE— 488 總線(xiàn)連接。 90 年代，儀器儀表的智能化突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：微電子技術(shù)的進(jìn)步更深刻地影響儀器儀表的設(shè)計(jì)；微型機(jī)的發(fā)展，使儀器儀表具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；圖像處理功能的增加十分普遍；VXI 總線(xiàn)得到廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了多 種多樣智能化測(cè)量控制儀表，能夠自動(dòng)進(jìn)行差壓補(bǔ)償?shù)闹悄芄?jié)流式流量計(jì)，能夠進(jìn)行程序控溫的智能多段溫度控制儀，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字 PID 和各種復(fù)雜控制規(guī)律的智能式調(diào)節(jié)器，以及能夠?qū)Ω鞣N譜圖進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)處理的智能色譜儀等。它不但具有傳統(tǒng)儀器的功能，而且能在自動(dòng)化技術(shù)、航天、軍事、醫(yī)療領(lǐng)域起到獨(dú)特的作用。多功能的綜合型產(chǎn)品不但在性能上如準(zhǔn)確度比專(zhuān)用脈沖發(fā)生器和頻率合成器高，而且在各種測(cè)試功能上提供了較好的解決方案。智能儀器的進(jìn)一步發(fā)展將含有一定的人工智能，即代替人的一部分腦力勞動(dòng)，從而在視覺(jué)圖形及色彩辨讀、聽(tīng)覺(jué)語(yǔ)音識(shí)別及語(yǔ)言領(lǐng)悟、思維推理、學(xué)習(xí)與聯(lián)想等方面具有一定的能力。 (4) 總結(jié) 智能儀器是計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、人工智能、 VLSI 等新興技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)的結(jié)合。作為智能儀器核心部件的單片計(jì)算機(jī)技術(shù)是推動(dòng)智能儀器向小型化、多功能化、更加靈活的方向發(fā)展的動(dòng)力。 組態(tài)軟件 MCGS 的基本原理及簡(jiǎn)介 MCGS（ Monitor and Control Generated System）是一套基于 Windows 平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于 Microsoft Windows95/98/NT/20xx 等操作系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)的過(guò)程控制需要人工監(jiān)測(cè)和人工調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上 ,加入了 MCGS 組態(tài)軟件進(jìn)行輔助控制 ,具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)調(diào)節(jié)功能 ,它能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集 、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、趨勢(shì)曲線(xiàn)和報(bào)表輸出等。 (2)進(jìn)行設(shè)備配置。通過(guò)設(shè)備窗口配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。要求與設(shè)備要求的數(shù)據(jù)庫(kù)一致。 (4)制作圖形畫(huà)面 ,在用戶(hù)窗口實(shí)現(xiàn)。 (5)定義動(dòng)畫(huà)鏈接。 8 (6)報(bào)警系統(tǒng)。 (7)運(yùn)行與調(diào)試。 2 比值控制系統(tǒng) 工作原理 比值控制分開(kāi)環(huán)比值控制、單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制三種類(lèi)型。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服開(kāi)環(huán)比值控 制方案的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，這種方案的缺點(diǎn)是主流量沒(méi)有構(gòu)成閉環(huán)控制。 比值控制系統(tǒng)概述 比值控制系統(tǒng)是一種物料量隨另一種物料量而變化的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的不同要求，常用比值控制系統(tǒng)有定比值控制系統(tǒng)和變比值控制系統(tǒng)。比值計(jì)算塊的參數(shù)經(jīng)計(jì)算設(shè)置好后不再變動(dòng)，工藝要求的實(shí)際流量比值 k 也就固定不變；當(dāng)主流量 F1 發(fā)生變化時(shí)，比值控制回路快速隨動(dòng)跟蹤，使副流量 F2=k*F1 關(guān)系變化，嚴(yán)格保持 F2 與 F1 的比例關(guān)系。 比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 比值控制系統(tǒng)的特征是使兩個(gè)或兩個(gè)以上物料保持一定比例關(guān)系。兩物料的比值系數(shù)可設(shè)定為 K，則有： K=Q1/Q2 比值控制系統(tǒng)的類(lèi)型 比值控制系統(tǒng)生成過(guò)程中工藝允許的負(fù)荷、干擾、產(chǎn)品質(zhì)量等要求的不同，實(shí)際的比值控制方案也不同。 （ 1） 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 單閉環(huán)比值控制表示一個(gè)燃燒過(guò)程單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，主流量是燃料，副流量是空氣。如此，可以保持主流量與副流量之間的比例關(guān)系。但它們的方塊圖是不同的，功能也是不同的。 K 調(diào) 節(jié) 器 對(duì) 象調(diào) 節(jié) 閥主 測(cè) 量 變 送副 測(cè) 量 變 送副 流 量主 流 量MF MKF SF? 圖 21 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖 從圖 21 中可以看到，沒(méi)有主對(duì)象和主調(diào)節(jié)器，這是單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與串級(jí)不同的地方，串級(jí)中的副變量是調(diào)節(jié)變量到被控變量之間總對(duì)象的一個(gè)中間變量，而比值中，副流量不會(huì)影響主流量，這是兩者之間本質(zhì)上的區(qū)別。如果沒(méi)有這個(gè)要求，兩個(gè)單獨(dú)的閉環(huán)控制系統(tǒng)也能使兩個(gè)流量保持比例關(guān)系，僅僅在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，比例關(guān)系不能保證。流量比值 k 是流量的比值，它們可以同為質(zhì)量流量、體積流量或折算為標(biāo)準(zhǔn)情況下的流量。 比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中間過(guò)程變 量計(jì)算及其控制是由計(jì)算機(jī)功能模塊搭建來(lái)實(shí)現(xiàn)的，確定好控制方案后，在計(jì)算機(jī)里進(jìn)行組態(tài)控制，選擇一些控制需要的功能模塊，如 PID 算法塊、 Ratio 比 10 值計(jì)算塊、 AO 輸出塊，這些模塊的功能將代替常規(guī)儀表中的調(diào)節(jié)器、比值控制器等。 過(guò)程控制系統(tǒng)由四大部分組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器被控對(duì)象、測(cè)控變量。 要求： （ 1）使進(jìn)水流量跟隨出水流量的變化。 （ 3）采用雙閉環(huán)比值控制結(jié)構(gòu)，比例系數(shù)為 1，控制穩(wěn)態(tài)誤差不大于177。 （ 4）系統(tǒng)具有流程圖監(jiān)視畫(huà)面、參數(shù)設(shè)置和報(bào)警功能。 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 主從流量的選擇 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，選擇出水流量為主動(dòng)量，進(jìn)水流量為從動(dòng)量，構(gòu)成雙閉環(huán)系統(tǒng)控制，系統(tǒng)控制方框圖如下圖 23 所示。當(dāng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)處于運(yùn)行中，要是主動(dòng)到干擾發(fā)生波動(dòng)則主動(dòng)量回路對(duì)其進(jìn)行定值控制，使主動(dòng)量一直穩(wěn)定在給定值附近，同時(shí)從動(dòng)量控制回路也會(huì)隨主動(dòng)量的波動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)從動(dòng)量受到擾動(dòng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，從動(dòng)量控制回路對(duì)其進(jìn)行定值控制，使從動(dòng)量始終穩(wěn)定在定值附近，而主動(dòng)控制回路不受從動(dòng)量波動(dòng)的影響。該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)，單回路控制，串級(jí)控制，前饋 — 反饋控制，比值控制，解耦控制等多種控制形式。本次設(shè)計(jì)為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖 31 所示。在雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)工作時(shí)，若主動(dòng)到干擾發(fā)生波動(dòng)則主動(dòng)量回路對(duì)其 進(jìn)行定值控制，使主動(dòng)量始終穩(wěn)定在給定值附近，同時(shí)從動(dòng)量控制回路也會(huì)隨主動(dòng)量的波動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)從動(dòng)量受到擾動(dòng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，從動(dòng)量控制回路對(duì)其進(jìn)行定值控制，使從動(dòng)量始終穩(wěn)定在定值附近，而主動(dòng)控制回路不受從動(dòng)量波動(dòng)的影響。和單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1) 控制系統(tǒng)更為穩(wěn)定：對(duì)主動(dòng)量的定值控制克服了